Ka波段回旋振蕩管諧振腔研究

2015-02-13 劉飛 電子科技大學物理電子學院

  回旋振蕩管的各部分對工作效率都有影響,從陰極發射電子的質量到注-波互作用段再到輸出結構的模式變換器以及收集極,每個部分必須協調工作才能提高工作效率。諧振腔作為整個管子核心部分,腔體中的模式競爭直接影響管子的工作效率。從麥克斯韋方程出發推導出了回旋管中過渡漸變復合腔的高頻場方程,明確了模式之間的耦合方式。通過對耦合系數的深入分析,發現改變腔體結構可以改變耦合系數的分布方式,進而抑制競爭模式的存在,使工作模式與電子注互作用時不受雜模的影響,提高管子的互作用效率。

  回旋振蕩管作為大功率毫米波源,是一種能產生高功率毫米波波的器件。回旋振蕩管的各部分對工作效率都有影響,從陰極發射電子的不均勻性到注-波互作用段再到輸出結構的模式變換器以及收集極,每個部分必須協調工作才能提高工作效率。通過改變漸變過渡段連接方式,對諧振腔進行優化設計,達到抑制模式競爭的存在,使工作模式與電子注互作用時減少雜模的影響。通過對比不同連接方式的復合腔對模式競爭抑制效果,最終得出了一種更為有效抑制非工作模式的漸變諧振腔結構。

  1、理論計算

  從無源穩態麥克斯韋方程組的旋度方程出發,

Ka波段回旋振蕩管諧振腔研究

  利用耦合波理論出發推導出具有軸對稱結構的波導開放式諧振腔中高頻駐波場幅值縱向分布所滿足的普適方程:

Ka波段回旋振蕩管諧振腔研究

  3、結論

  通過對開放式諧振腔耦合系數的分析和數值計算結果來看,采用緩變的諧振腔有很好的模式抑制作用。通過調整漸變優化參數,可以得到比較理想的諧振腔,有利于提高電子與場的互作用效率。同時,研究了耦合系數分布對抑制非工作模式的影響。通過優化計算,漸變段兩個端點處的緩變連接,有利于改善諧振腔抑制非工作模式和提高工作模式幅值性能。將這種諧振腔用于回旋管中,將提高回旋管的性能。